(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体型掃気制御装置を備える膜分離装置であって、
膜分離コンポーネントと、
該膜分離コンポーネントに連結される掃気制御コンポーネントと、
を含んで構成され、
前記膜分離コンポーネントは、
中空糸束により構成されて、透過部及び非透過部を備える膜と、
該膜を収容する膜ハウジングと、
前記膜に接続される供給気体流入管路と、
前記膜の非透過部に接続されて、該非透過部からの非透過気体の大部分が通過する移送管と、
該移送管からの前記非透過気体の大部分を前記膜分離装置の外部に流出させる非透過生成気体流出管路と、
を含んで構成され、
前記掃気制御コンポーネントは、
前記移送管から分岐して前記膜の透過部に接続される掃気流入管路と、
該掃気流入管路に設置されて複数の弁位置を有する弁と、
前記掃気流入管路に設置されるオリフィスと、
前記膜の透過部からの掃気流を前記膜分離装置の外部に流出させる掃気流出管路と、
を含んで構成され、
前記非透過気体の小部分が、前記移送管の分岐部にて前記非透過気体の大部分と分けられて前記掃気流入管路に流入し、
前記弁の複数の弁位置により、前記非透過気体の小部分の前記オリフィスへの通過が制御され、
前記オリフィスにより、前記非透過気体の小部分を前記膜の透過部に送る掃気流が制御され、
前記弁は、供給気体である空気を前記供給気体流入管路に供給する空気圧縮機からの電気信号であって、前記膜分離装置から需要先へ供給される空気量である空気需要量に基づく前記電気信号によって電子制御されて、前記電気信号に応じて前記弁の弁位置を変更する膜分離装置。
【請求項２】
前記移送管は、前記中空糸束の中央部に配置される請求項１に記載の膜分離装置。
【請求項３】
前記弁は、オンオフ弁である請求項１又は請求項２に記載の膜分離装置。
【請求項４】
前記オンオフ弁は、ソレノイド弁である請求項３に記載の膜分離装置。
【請求項５】
前記膜ハウジングは、筒状の膜ハウジング本体と、その一端部を覆うトップバンドルキャップと、他端部を覆うボトムバンドルキャップと、により構成される請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の膜分離装置。
【請求項６】
前記電子制御では、前記空気圧縮機のデューティサイクルに応じて前記弁の開閉を周期的に繰り返す請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の膜分離装置。
【請求項７】
前記電子制御は、デジタル制御である請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の膜分離装置。
【請求項８】
前記弁は、１２ボルトの交流電圧から４８０ボルトの交流電圧までの電圧を有する請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の膜分離装置。
【請求項９】
前記弁は、６ボルトの直流電圧から１２５ボルトの直流電圧までの電圧を有する請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の膜分離装置。
【請求項１０】
前記掃気制御コンポーネントの構成部品間に取付けられるシール部材を更に含んで構成される請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の膜分離装置。
【請求項１１】
前記膜分離装置の据付け用の取付ブラケットを更に含んで構成される請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の膜分離装置。
【請求項１２】
掃気制御装置を備える膜分離装置であって、
膜分離手段と、
掃気制御手段と、
を含んで構成され、
前記膜分離手段は、
中空糸束により構成されて、透過部と非透過部とを備える分離手段と、
該分離手段を収容する収容手段と、
前記分離手段に供給気体を流入させる供給気体流入手段と、
前記分離手段の非透過部にて生成される非透過生成気体の大部分が通過する移送手段と、
該移送手段からの前記非透過生成気体の大部分を前記膜分離装置の外部に流出させる非透過生成気体流出手段と、
を含んで構成され、
前記掃気制御手段は、
前記非透過生成気体の小部分を含む掃気気体を、前記移送手段から前記分離手段の透過部に流入させる掃気流入手段と、
該掃気流入手段に設置されて、前記分離手段の透過部に送られる前記掃気気体の通過を制御するオリフィス手段と、
前記掃気流入手段に設置されて、複数の弁位置を有し、かつ、前記オリフィス手段における前記掃気気体の通過を制御する弁手段と、
前記分離手段の透過部に接続されて、前記掃気気体を前記膜分離装置の外部に流出させる掃気流出手段と、
を含んで構成され、
前記弁手段は、前記供給気体である空気を前記供給気体流入手段に供給する空気圧縮機からの電気信号であって、前記膜分離装置から需要先へ供給される空気量である空気需要量に基づく前記電気信号によって電子制御されて、前記電気信号に応じて前記弁手段の弁位置を変更する膜分離装置。
【請求項１３】
前記電子制御手段は、前記空気圧縮機のデューティサイクルに応じて前記弁手段の開閉を周期的に繰り返す請求項１２に記載の膜分離装置。
【請求項１４】
一体型掃気制御装置を備える膜分離装置の使用方法であって、
膜分離コンポーネントを用いて非透過気体と透過気体とを分離すること、及び、
前記膜分離コンポーネントに連結される掃気制御コンポーネントに前記非透過気体の小部分を流すこと、
を含んで構成され、
前記非透過気体と前記透過気体とを分離することは、
前記膜分離コンポーネントに接続される供給気体流入管路に供給気体を流すこと、
膜ハウジングに収容され、中空糸束により構成されて、かつ、透過部及び非透過部を備える膜に、前記供給気体流入管路からの前記供給気体を流すこと、
前記膜の非透過部に接続される移送管に、前記膜の非透過部からの前記非透過気体を流すこと、
前記移送管からの前記非透過気体を生成物流出管路を介して前記膜分離装置の外部に流送すること、
を含んで構成され、
前記掃気制御コンポーネントに前記非透過気体の小部分を流すことは、
前記移送管から分岐して前記膜の透過部に接続される掃気流入管路に前記非透過気体の小部分を流すこと、
前記掃気流入管路に設置されて複数の弁位置を有する弁に前記非透過気体の小部分を流すこと、
前記掃気流入管路に設置されるオリフィスにおける前記非透過気体の小部分の通過を、前記弁の複数の弁位置により制御すること、
前記オリフィスにより、前記非透過気体の小部分を前記膜の透過部に送る掃気流を制御すること、及び、
前記膜の透過部に接続される掃気流出管路を用いて、前記掃気流を前記膜分離装置の外部に流送すること、
を含んで構成され、
前記弁は、前記供給気体である空気を前記供給気体流入管路に供給する空気圧縮機からの電気信号であって、前記膜分離装置から需要先へ供給される空気量である空気需要量に基づく前記電気信号によって電子制御されて、前記電気信号に応じて前記弁の弁位置を変更する膜分離装置の使用方法。
【請求項１５】
前記電子制御では、前記空気圧縮機のデューティサイクルに応じて前記弁の開閉を周期的に繰り返す請求項１４に記載の膜分離装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００７年１月３１日出願の米国仮出願第６０／８９８，４０６号「気体膜分離装置の一体型掃気制御装置（INTEGRAL SWEEP CONTROLLER FOR GAS MEMBRANE SEPARATION DEVICE）」の優先権を主張し、この全内容が参照によって本明細書に組込まれる。
【０００２】
本発明は、気体膜分離装置の一体型掃気制御装置に関する。より詳しくは、本発明は、例えば、膜ドライヤを用いて圧縮空気を処理する一体型掃気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
圧縮空気には、食品包装、製薬研究室、及び、集積回路製造における用途を含む様々な用途があり、夾雑物及び水蒸気の除去処理が施され得ることは周知である。圧縮空気は、製造システムで使用される前に処理されて、最終製品を台無しにする可能性があるか、又は少なくともシステムの電力や効率性を奪って製造コストを増大させる可能性がある水蒸気及び夾雑物が除去される。未処理の圧縮空気がシステムを通過すると、温度が低下する可能性があり、この温度低下により、水蒸気の液化が起こり得る。水分が導入されることで、送気管の腐食又は漏れが起こり得る。従来の圧縮空気処理装置を用いて圧縮空気から水蒸気を除去することにより、システム電力は温存され、操業費用は削減され、製品品質は改善され得る。
【０００４】
膜ドライヤを用いた圧縮空気の清浄化は、夾雑物及び水蒸気を除去し、更に、圧縮空気の露点を降下させる。露点とは、一定気圧で、水蒸気成分を水に液化させるために、空気が冷却されなければならない温度である。圧縮空気は中空糸束を通過するようにしてもよい。中空糸束は、水蒸気を引き付けるように特に設計された膜により構成され得る。それゆえ、圧縮空気が膜を通過すると、水蒸気は中空糸の内側で吸収され、直ちに膜の外層に移動する。ドライヤは、中空膜糸の内側と外側との間の水蒸気分圧差により作動される。膜糸から水蒸気を脱着させるために、従来の膜ドライヤは、乾燥圧縮空気の一部を用いて、中空糸の外側又は透過側から水蒸気を流し出しており、従って、膜の水蒸気を連続的に掃気（スイープ）している。
【０００５】
同様に、他の気体混合物に、１以上の高透過性成分と、他の低透過性成分と、が存在する限りは、分圧差の下で、他の気体混合物を中空糸膜に通すことにより、他の気体混合物の分離が実現され得る。そして、高透過性成分が取り除かれた気体流を用いてシステムを掃気することによって、膜がパージされ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の中空糸膜気体分離装置では、システムを作動する差圧を増大させ、生成空気の乾燥度を改善させ、膜の生産性を向上させるために、連続パージ又は連続掃気が用いられ得る。しかしながら、膜の連続掃気は、非常に費用がかかる可能性がある。圧縮空気は高価な媒体であり、膜ドライヤの連続パージは資源の浪費となる。従来の膜ドライヤでは、掃気流を制御又は停止する手段として、掃気流出口を閉じて膜糸外側の圧力を上昇させ、又は、ドライヤ流出口を閉じて膜糸内側の圧力を降下させる圧力循環（Pressure cycling）を用いることがある。更に、圧力循環においては、膜糸に負荷がかかり、膜糸の破損や、束の非透過側から透過側への直接通路の形成の原因になり得る。このため、高価な膜束の交換品が必要になり得る。本発明では、圧力循環と、圧力循環による膜糸へのダメージと、を抑制しつつ、掃気流をその発生源で制御する。
【０００７】
多くの従来型膜ドライヤでは、一定流量で連続掃気が行われる。膜掃気用の気体流量を減少させるための試みが行われているが、これまでのシステムでは、現在もなお、若干の生成気体により常時掃気が行われている。従って、乾燥空気流出口から生成乾燥空気が流出するときのみに膜の掃気を選択的に行うシステムにて圧縮空気を乾燥すること、及び、膜糸の圧力循環を行うことなく圧縮気体を乾燥することが望まれている。この他には、省スペース化のために、膜ドライヤと一体的な掃気気体装置が提供されることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来型膜ドライヤに一体型掃気制御機構を追加することにより、膜への選択的な掃気を可能にする本発明は、上述の要望に大いに応えるものである。本発明のある態様では、コンパクトな掃気気体装置を構成する一体型掃気制御装置を提供する。
【０００９】
本発明の一態様に従い、膜分離装置は一体型掃気制御装置を備え、膜分離コンポーネントを含んで構成される。膜分離コンポーネントは、透過部及び非透過部を備える膜と、膜を収容する膜ハウジングと、膜に接続される供給気体流入管路と、膜の非透過部に流体接続され、かつ、膜分離装置の外部に向かう非透過気体の大部分が通過する非透過生成気体流出管路と、を含む。
【００１０】
膜分離装置は、膜分離コンポーネントに連結される掃気制御コンポーネントも備える。掃気制御コンポーネントは、掃気制御コンポーネントと膜の非透過部とを気体接続する掃気流入管路と、複数の弁位置（マルチプルポジション）を有し、かつ、掃気流入管路に接続される弁と、膜ハウジングに接続される掃気流出管路と、膜ハウジングに取付けられ、かつ、弁が取付けられる掃気マニホールドと、を含んで構成され、非透過気体の小部分は、膜ハウジング内にて前記非透過気体の大部分と分けられ、弁の複数の弁位置により、非透過気体の小部分のオリフィスへの通過が制御され、オリフィスにより、非透過気体の小部分を膜の透過部に送る掃気流が制御され、掃気流出管路により、掃気流が掃気制御コンポーネントの外部に流送される。ある態様では、弁は、ソレノイド弁等のオンオフ弁である。ある態様では、掃気流入管路は、膜ハウジング内に配置される掃気制御部取付部材を含む。本発明のある態様では、シール部材が、掃気制御コンポーネントの構成部品間に取付けられる。
【００１１】
本発明のある態様では、膜分離装置は、中空糸束を含む膜を備える。この態様では、膜の非透過部は、非透過気体が非透過生成気体流出管路に到達する前に通過する中空糸束の中央部を含む。非透過気体の大部分を膜の非透過部から非透過生成気体流出管路へ移送する移送管が、膜の中央部に配置される。
【００１２】
別の態様において、本発明は、非透過気体の小部分が掃気マニホールドを通過するように、膜の非透過部に接続される膜取付部材を含む。ある態様では、膜分離装置の弁は、ソレノイド弁である。弁は、１２ボルトの交流電圧（VAC）から４８０ボルトの交流電圧までの電圧を有する。又は、弁は、６ボルトの直流電圧（VDC）から１２５ボルトの直流電圧までの電圧を有する。また、本発明は、膜ハウジング内に掃気流を密閉するトップバンドルキャップと、膜ハウジング内に掃気流を密閉するボトムバンドルキャップと、のうち少なくとも一方を含む。
【００１３】
ある態様では、弁は、外部装置にリンクした電子制御（例えばデジタル制御）が行われ、外部装置の作動に応じて弁の開閉を周期的に繰り返す。ある態様では、外部装置は、空気圧縮機であり、電子制御により、空気圧縮機のデューティサイクルに応じて弁の開閉を変更する。更に、埋込型六角プラグ（recessed hex plug）が掃気マニホールドに装着される。膜分離装置は、取付ブラケットを用いて取付けられる。
【００１４】
本発明のある態様では、膜分離装置は、掃気制御装置を含み、膜分離手段を含んで構成される。膜分離手段は、非透過成分と透過成分とを分離する分離手段と、分離手段を収容する収容手段と、膜分離装置内に供給気体を流送する供給気体流入手段と、非透過生成気体の大部分を膜分離装置の外部に流送する非透過生成気体流出手段と、を含んで構成される。
【００１５】
膜分離装置は、掃気制御手段も含む。掃気制御手段は、収容手段内にて非透過生成気体の大部分と分けられた非透過生成気体の小部分を含む掃気気体を掃気制御手段内に流送する掃気流入手段を含んで構成される。本発明のある態様では、膜分離装置は、膜分離手段内に供給され、かつ、分離手段の透過部に送られる掃気気体の通過を制御するオリフィス手段も含む。また、膜分離装置は、複数の弁位置を有し、かつ、掃気流入手段からオリフィス手段への掃気気体の通過を制御する弁手段と、収容手段に接続され、かつ、掃気気体を掃気制御装置の外部に流送する掃気流出手段と、掃気気体を弁手段に流送する掃気マニホールド手段と、を備える。
【００１６】
ある態様では、膜分離ベッセルに掃気制御コンポーネントを組込む方法は、膜分離ベッセルの膜分離ボウルから中空糸束を取外すこと、膜分離ベッセルの中央取付部材から埋込型六角プラグを取外すこと、中空糸束からフローオリフィスを取外すこと、フローオリフィスの代わりに埋込型六角プラグを取付けること、中央取付部材を膜分離ベッセルに再び取付けること、中空糸束を膜分離ベッセルに再び取付けること、フローオリフィスを掃気制御部取付部材に取付けること、掃気制御部取付部材を膜分離ベッセルに装着すること、中央取付部材に整列取付される掃気制御マニホールドを膜分離ベッセルに取付けること、及び、掃気制御マニホールドに弁を取付けること、を含む。
【００１７】
ある態様では、一体型掃気制御装置を備える膜分離装置の使用方法は、膜分離コンポーネントを用いて非透過気体と透過気体とを分離することを含む。非透過気体と透過気体とを分離することは、膜分離コンポーネントに接続される供給気体流入管路に供給気体を流すこと、膜ハウジングに収容され、かつ、透過部及び非透過部を備える膜に供給気体を流すこと、及び、膜の非透過部に流体接続され、かつ、膜分離装置の外部に向かう非透過気体の大部分が通過する生成物流出管路に非透過気体を流すこと、を含む。
【００１８】
ある態様では、一体型掃気制御装置を備える膜分離装置の使用方法は、膜分離コンポーネントに連結される掃気制御コンポーネントに非透過気体の小部分を流すことも含む。掃気制御コンポーネントに非透過気体の小部分を流すことは、膜ハウジング内にて、非透過気体の小部分を非透過気体の大部分と分けること、膜ハウジングに取付けられる掃気マニホールドに非透過気体の小部分を通過させること、掃気制御コンポーネントと膜の非透過部とを流体接続する掃気流入管路に非透過気体の小部分を流すこと、掃気流入管路及び掃気マニホールドに接続され、かつ、複数の弁位置を有する弁に非透過気体の小部分を流すこと、弁の複数の弁位置により、非透過気体の小部分のオリフィスへの通過を制御すること、オリフィスにより、非透過気体の小部分を膜の透過部に送る掃気流を制御すること、及び、膜ハウジングに接続される掃気流出管路を用いて、掃気流を掃気制御コンポーネントの外部に流送すること、を含んで構成される。
【００１９】
以上、本発明のいくつかの態様を概説してきたが、これらは、本明細書における詳細な説明の理解を助けるものであり、また、本発明の従来技術への貢献の理解を助けるものである。当然、以下に説明される本発明の追加の態様があり、これは、添付の特許請求の範囲の主題を形成し得る。
【００２０】
この点に関して、本発明の少なくとも１つの態様を詳細に説明する前に、本発明はその適用が、以下の説明に記載し又は図面に示す構成の詳細及び構成要素の配置に限定されないことを理解すべきである。本発明は、本明細書に記載の態様に追加される態様が可能であり、また、様々な方法で実施及び実行されることが可能である。また、本明細書及び要約書で用いる表現や用語は説明を目的とするものであって、限定とみなすべきではないことを理解すべきである。
【００２１】
このように、本開示の基礎となる概念は、本発明の様々な目的を実行する他の構成、方法、及びシステムの設計の基礎として容易に用いられ得ることを、当業者であれば理解するであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限りにおいて、上述のような均等物の構成を含むとされることが重要である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に従う、一体型掃気制御装置を備える膜ドライヤの断面図である。
【図２】図１に示す膜ドライヤの一体型掃気制御装置の断面詳細図である。
【図３】図１に示す膜ドライヤの断面斜視図である。
【図４Ａ】図１に示す一体型掃気制御装置及びその構成部品の分解図である。
【図４Ｂ】図１に示す一体型掃気制御装置の平面図である。
【図５】図１に示す膜ドライヤの正面図であり、膜ドライヤは１台又は２台のプレフィルタを備える。
【図６】従来型の掃気流路を備える従来型ドライヤの断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に従う、一体型掃気制御コンポーネントを備えるドライヤの構成部品の分解図である。
【図７Ｂ】本発明の他の実施形態に従う、改造された膜ドライヤの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の様々な実施形態は、一体型掃気制御装置を備える膜気体分離装置を提供する。いくつかの形態において、本発明は、例えば、圧縮空気用膜ドライヤの一体型掃気制御装置として利用され得る。しかしながら、本発明は、圧縮空気用膜ドライヤシステムへの適用に限定されるものではなく、例えば、生成気体の掃気流を利用する他の気体分離装置と共に適用され得ることを理解すべきであろう。以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。尚、図面全体にわたって、同様の参照番号は、同様の要素を示す。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に従う、一体型掃気制御装置を備える膜ドライヤの断面図である。ある実施形態では、図１に示すように、膜ドライヤ１００ａは、一体型掃気装置１００ｂを備える。ある実施形態では、掃気マニホールド１３０と、掃気空気の適正量を計量する掃気制御オリフィス１４０と、掃気ポート取付部材１４５と、掃気空気を制御する弁１３５と、を含む。弁１３５は、ソレノイド弁等のオンオフ弁としてもよい。
【００２５】
ある実施形態では、水蒸気を含む圧縮空気は、湿潤空気流入路Ｉを通過して、ドライヤ１００ａの膜ヘッド１０５に流入する。この圧縮空気は膜ドライヤ束１１０を通過する。ここで、膜ドライヤ束１１０は、膜ドライヤボウル又はシェル１１５の内部に収容されている。膜ドライヤ束１１０は、らせん巻き、又は、他の形状にすることができ、水蒸気を引き付けるように特に設計される。また、一実施形態において、膜ドライヤ束１１０は、中空糸束を含んで構成されてもよい。膜ドライヤ中空糸１１０の内側と膜ドライヤ中空糸１１０の外側との間には、水蒸気分圧差が生じており、これにより、膜ドライヤ中空糸１１０の外側に水蒸気が移動可能になっている。それゆえ、圧縮空気が膜糸の内側を通過すると、水蒸気は糸壁の内側で吸収され、糸壁を短期間で通過して、膜糸１１０の外側部に達する。連続的にろ過及び乾燥するために、膜糸１１０の外層では、以下で更に述べるように、水蒸気がパージされなければならない。
【００２６】
乾燥空気の大部分は、移送管１２０を通過し、乾燥空気流出路Ｏを通過してドライヤ１００ａから流出する。この後、生成された乾燥空気は、作業を行うために用いられ、又は、生産加工や製造に用いられる。生成された乾燥空気のごく一部は、膜束中央取付部材１２５を介して分流される。ここで、膜束中央取付部材１２５は、ハウジング１１５の内部に収容されている膜束１１０を中央に位置させるようにも作用する。膜束中央取付部材１２５は、ボトムバンドルキャップ１５５と並ぶように設計されている。そして、掃気空気は、掃気マニホールド１３０を通過して、掃気弁１３５に流入する。ある実施形態では、ドライヤ１００ａが掃気制御コンポーネント１００ｂに接続可能なように、掃気マニホールド１３０が膜ボウル１１５の底部に取付けられており、これは、図２にて最適に示されている。
【００２７】
図２は、図１に示す膜ドライヤの一体型掃気制御装置の断面詳細図である。掃気空気は、掃気弁１３５により制御可能である。ここで、掃気弁１３５は、需要空気量に応じて、掃気の実行と停止とを、電子的に（例えばデジタル処理で）周期的に繰り返すことができる。弁１３５が閉じている場合には、乾燥空気は膜１１０を掃気しない。従って、周囲に放出される空気量は減少する。本発明の他の実施形態では、弁１３５は、開位置と閉位置とを単に１つずつ備えるオンオフ弁ではなく、複数の弁位置（マルチプルポジション）を備えるオンオフ弁を含み得る。例えば、弁１３５としては、様々な開位置を備える比例ソレノイド弁を挙げることができる。そして、掃気弁１３５は、システムの空気圧縮機（図示せず）のデューティサイクルに応じて変動するように、制御され得る。連続パージによる空気損失が発生しないので、圧縮機の総作動時間を減少させることができる。
【００２８】
従来の膜ドライヤにおいて、掃気流の制御に用いられ得る圧力循環では、膜糸に負荷がかかる。負荷がかかった膜糸は破損し易い傾向があり、これは、高圧な膜糸内側から掃気に回る空気流量の増加による生成乾燥空気の損失量増大の原因になる。ある実施形態では、パージが制御されることにより、圧力循環が廃止され、膜糸は早期破損から守られる。
【００２９】
弁１３５が開いているときには、掃気通路は、掃気マニホールド（又は、掃気制御マニホールドと称される）１３０を逆向きに通過して、掃気オリフィス（又は、バンドルフローオリフィスと称される）１４０に導入され、この後、掃気制御部取付部材１４５に向かって、膜ドライヤボウル１１５の内部を通過し、束１１０の中空膜糸の外側又は透過側から水蒸気を掃気する。掃気空気は、ボウル１１５の下部で、下部キャビティ１１７から流入することができる。掃気空気は、糸束１１０に移動すると直ちに、ボウル１１５の上部に備えられた上部キャビティ１１９から流出することができる。
【００３０】
トップバンドルキャップ１５０及びボトムバンドルキャップ１５５は、膜ドライヤボウル１１５内の掃気気体を密閉している。トップバンドルキャップ１５０は、湿潤空気流入路Ｉが膜束１１０に連絡する位置の近傍に配置され得る。ある実施形態では、ボトムバンドルキャップ１５５は、膜束中央取付部材１２５の直上に配置され得る。再び湿った空気からなる掃気排気は、掃気流出路Ｐを通過して装置外へ流出する。弁１３５が開いているので、掃気流出路Ｐから流出する掃気排気の流量は、掃気空気を計量する掃気オリフィス１４０の直径により制御される。掃気オリフィス１４０の直径は、使用者の必要に応じて変更することができる。また、掃気気体の計量を弁１３５が支援できるようにするために、弁１３５を開口面積が可変な弁に置き換えてもよい。このようにして、弁１３５は、フィードバックループを用いて掃気を電子制御する。本発明のある実施形態では、弁１３５は、１２ボルトの交流電圧（VAC）から４８０ボルトの交流電圧までの電圧を選択可能である。本発明の他の実施形態では、電圧は、６ボルトの直流電圧（VDC）から１２５ボルトの直流電圧までの範囲であり得る。
【００３１】
本発明は、掃気制御コンポーネントにより省エネルギー装置として機能し得る。これは、乾燥空気流出路Ｏから生成物が流出するときのみに、膜束１１０を選択的に掃気するという、システムでの圧縮空気処理を可能にする。空気需要量が最も少ないときに、エネルギーが最も節約される。また、本発明は、膜ドライヤ１００ａに一体的な掃気気体装置を提供する。掃気制御コンポーネントは、コンパクトな設計で、膜ドライヤハウジング１１５に一体的に取付けられ得る。これにより、省スペース化が可能になる。
【００３２】
本発明のある実施形態では、図３の斜視図に示すように、掃気制御コンポーネント１００ｂは、内部に配置され得るので、追加スペースを必要とするであろう外部配管を必要としない。図３は、図１に示す膜ドライヤの断面斜視図である。本発明のある実施形態では、膜ドライヤ取付ブラケット１６０が、一体型掃気制御装置１００ｂを備える膜ドライヤ１００ａを据付けるために用いられ得る。
【００３３】
掃気制御装置の弁１３５は、圧縮機（図示せず）に直接接続されてもよく、これにより掃気制御装置は、圧縮機のデューティサイクルに応じて、作動と停止とを周期的に繰り返すことができる。サイクルのうち停止時期では、乾燥圧縮空気は周囲に放出されないので、圧縮機の作動時間が短縮される。従って、掃気流を空気要求量に同調させて無駄のない精密露点制御を実現することができる。また、本発明は、圧力循環やその後の膜糸破損に起因する膜ドライヤ束１１０の高価で早期な交換を減少させる。
【００３４】
図４Ａは、図１に示す一体型掃気制御装置及びその構成部品の分解図である。図４Ｂは、組立てられた一体型掃気制御装置を示す。ある実施形態では、掃気制御部取付部材１４５及び掃気制御マニホールド１３０に適合する様々な大きさのＯリング４６５を含み得る。従来型ドライヤ（図４Ａ又は図４Ｂに図示せず）の改造では、後述するように、フローオリフィス１４０が従来型ドライヤ内の配設位置から一体型掃気制御装置１００ｂ内の配設位置に移動されると、孔が残される。図４Ａに示すように、ソケットヘッドキャップねじ４７０は、掃気制御マニホールド１３０を弁１３５に取付けるために用いられ得る。ある実施形態では、掃気制御マニホールド１３０に装着される埋込型六角プラグ４７５も含み得る。埋込型六角プラグ４７５の役割は、ある実施形態のマニホールド１３０に設けられた横断孔を閉じることである。
【００３５】
本発明のある実施形態では、図５に示すように、一体型掃気制御装置１００ｂを備える膜ドライヤ１００ａは、膜ドライヤ束１１０にて処理される前の空気を前処理する従来のプレフィルタと共に用いられ得る。図５は、図１に示す膜ドライヤの正面図であり、膜ドライヤは１台又は２台のプレフィルタを備える。１台のプレフィルタを配置する場合は、第１のプレフィルタ５８０が従来手段により膜ヘッド１０５に取付けられ得る。２台のプレフィルタを配置する場合は、第２のプレフィルタ５８５が第１のプレフィルタ５８０に取付けられる。そして、前処理される空気は、湿潤空気流入路Ｉに流入し、第２のプレフィルタ５８５に流入する。第２のプレフィルタ５８５にて前処理された空気は、第２のプレフィルタ５８５から流出した後、第１のプレフィルタ５８０に流入する。２段階の前処理が施された空気は、第１のプレフィルタ５８０から流出した後、一体型掃気制御装置１００ｂを備える膜ドライヤ１００ａに流入し、乾燥空気としてシステムから流出する。要求がある場合のみ、一体型掃気制御装置１００ｂは掃気を排出する。ある実施形態では、２台の前処理コンポーネント５８０、５８５と、一体型掃気制御装置１００ｂを備える膜ドライヤ１００ａとは、取付ブラケット１６０を介して構造物に取付けられ得る。
【００３６】
本発明のある実施形態では、図６に示す従来型の掃気流コンポーネント６００ｂを備える従来型ドライヤ６００ａのような既存の膜ドライヤベッセルに、掃気制御コンポーネント１００ｂが組込まれる。図６は、従来型の掃気流路を備える従来型ドライヤの断面図である。従来型ドライヤの構成部品にはそれぞれ、一体型掃気制御装置１００ｂを備える膜ドライヤ１００ａの構成部品に対応させて、これらと同様の番号付けがなされている。例えば、従来型ドライヤ６００ａは、ドライヤボウル６１５及び膜ヘッド６０５を備える。従来型の掃気流コンポーネント６００ｂを備える従来型ドライヤ６００ａは、一体型掃気制御装置１００ｂを備える膜ドライヤ１００ａには存在しない追加的な構成部品も含んでいる。例えば、従来型ドライヤ６００ａは、オフセット六角掃気プラグ６８８を含む。このプラグは、ボウルの底部に設けられたオフセット孔６８７を閉じると共に、フローオリフィス６４０から束６１０に戻る掃気流路を形成する。
【００３７】
従来型の掃気流コンポーネント６００ｂを備える従来型ドライヤ６００ａの掃気流路では、空気流が中央取付部材６２５を通過することを抑止するために、中央取付部材６２５に埋込型六角プラグ６７５が埋め込まれる。従来型ドライヤ６００ａでは、本発明の膜束１１０を乾燥気体が掃気するように、生成乾燥気体の一部が膜糸束６１０の外面を通過することによって、膜束６１０がバージされる。一体型掃気制御装置を用いる掃気制御ではなく、従来型ドライヤ６００ａは、束６１０の底部に配置されたフローオリフィス６４０を用いる一般的な掃気流量計量を採用する従来型の掃気コンポーネント６００ｂを備える。このような従来型ドライヤの大きな欠点は、膜をパージするために、生成気体流のうち、どれだけの生成乾燥空気をパージ用に転用するのかを制御する機構を、一般的なオリフィス６４０以外に備えていない点である。
【００３８】
従来型の掃気流コンポーネント６００ｂを備えるドライヤ６００ａのような既存の膜ドライヤは、ほとんどの場合、フローオリフィス６４０を除去してフローオリフィス６４０の孔を塞ぎ、フローオリフィス１４０を含む掃気制御コンポーネントを取付けることにより、改造可能である。最初に、掃気制御コンポーネントを取付ける前に、ボウル６１５及び束６１０が膜ヘッド６０５から取外される。次に、オフセット六角掃気プラグ６８８が膜ボウル６１５の底部から取外されると共に、束アセンブリ６１０が膜ボウル６１５から取外される。この改造例を示す実施形態では、約０．５インチ（約１．３ｃｍ）の小型円形の鈍器（図示せず）をオフセット孔６８７に挿入した後、ボウル６１５に対して膜束６１０が移動するまで鈍器に一定の力を加えることにより、膜束６１０がボウル６１５内で外される。外された膜束６１０は、膜ボウル６１５から慎重に抜き出される。
【００３９】
掃気制御コンポーネント１００ｂが組込まれる既存の膜ドライヤ６００ａを示す実施形態では、既存の膜束が取外されると、掃気制御部中央取付部材６２５がドライヤボウル６１５の底部から取外され得る。そして、掃気制御部中央取付部材６２５内の埋込型六角プラグ６７５が取外され、この後、取付部材６２５が再び取付けられてぴったりと据付けられる。フローオリフィス６４０は束から取外され、既存のモデルで掃気フローオリフィス６４０用に残る孔を閉じるため、図７Ａに示すように、埋込型六角プラグ７９０が取付けられる。この後、ボウルの底部にて、ボトムバンドルキャップ６５５の中央部が掃気制御部取付部材６２５に対して適切な位置関係になるまで、膜ボウル６１５内に膜束６１０がスライド挿入されることによって、膜束６１０が取付けられる。膜ボウル６１５のオフセット孔６８７とボトムバンドルキャップ６５５のオフセットポートとが並ぶまで、束６１０を回転させる。そして、ボウル６１５内に束６１０を据付けるために、トップバンドルキャップ６５０に一定圧が加えられる。
【００４０】
一体型掃気制御コンポーネント１００ｂが組込まれる既存の膜ドライヤを示す実施形態では、膜束６１０が再び取付けられると、掃気制御部取付サブアセンブリは、ドライヤ膜ボウル６１５の底部と面一になるように、膜ボウル６１５に装着される。ここで、このサブアセンブリは、図７Ａの詳細Ｂに示すように、掃気制御部取付部材１４５と、フローオリフィス１４０と、シール部材４６５と、を含む。この実施形態では、掃気制御機構を構成する中央取付部材６２５がプラグを収容することはない。掃気制御マニホールド用シール部材４６５の取付け後に、掃気制御マニホールド１３０がボウル６１５の底部に取付けられる。
【００４１】
一体型掃気制御コンポーネント１００ｂが組込まれる既存のドライヤ６００ａを示す実施形態では、弁１３５が掃気制御マニホールド１３０の底部に取付けられ得る。マニホールド１３０の底部に弁１３５を取付ける場合には、掃気制御部取付サブアセンブリを掃気流が通過できるようにすることを目的とし、弁の流入口及び流出口と、マニホールドの流入口及び流出口と、を接続するために、マニホールド内に横断孔を形成する必要があり得る。この横断孔形成工程にて形成される孔を閉じるために、図７Ａに示すように、埋込型六角プラグ４７５が使用され得る。
【００４２】
掃気制御装置が組込まれる既存の膜ドライヤを示す実施形態では、掃気制御部中央取付部材１２５の取付けに先立って、取付部材１２５の底部に設けられたＯリング用溝にＯリング４６５が取付けられ得る。ある実施形態では、潤滑材がＯリング等のシール部材全てに塗布される。従って、従来型の掃気コンポーネント６００ｂを備える、改造された従来型ドライヤ６００ａは、図７Ｂに示すように、再組立てされる。図７Ａは、本発明の一実施形態に従う、一体型掃気制御コンポーネントを備えるドライヤの構成部品の分解図であり、図７Ｂは、本発明の他の実施形態に従う、改造された膜ドライヤの正面図である。
【００４３】
本発明の多くの特徴及び効果は、上述の詳細な説明から明らかである。そして、本発明の真の精神及び範囲に含まれる本発明のこれら全ての特徴及び効果をカバーすることが、添付の特許請求の範囲により意図される。更に、当業者であれば数多くの修正及び変更を容易に想到し得るので、本発明の構成及び実施を、ここに図示及び説明したもののみに厳密に限定することは望ましくない。従って、本発明の範囲に含まれる適切な修正及び均等物が用いられ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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